Компонент скважинного пробойника - RU2592001C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к скважинному пробойнику или клапану, предназначенному для введения в стенку обсадной трубы. Кроме того, изобретение относится к скважинному инструменту, предназначенному для введения скважинного пробойника или клапана в стенку обсадной трубы, к скважинной системе, содержащей скважинный инструмент и приводной блок, а также к способу введения скважинного пробойника или клапана в обсадную трубу скважины.

Уровень техники

В процессе добычи может быть целесообразным менять отверстия, через которые нефтяной флюид может попадать внутрь обсадной трубы, то есть перекрывать имеющиеся отверстия и создавать новые отверстия. Однако выполнение таких операций может быть затруднено при наличии грязи в флюиде, которая снижает видимость, и при малом диаметре обсадной трубы.

Одним типом отверстия может быть клапан, предназначенный для введенпия в другое положение в обсадной трубе при перекрытии эксплуатационной зоны. Таким образом, существует потребность в простом решении для введения новых клапанов в стенку обсадной трубы.

Раскрытие изобретения

Задача данного изобретения состоит в полном или частичном преодолении упомянутых выше недостатков известного уровня техники. В частности, задача состоит в предложении улучшенного простого решения для введения скважинного клапана, а также для клапана, который можно легко вводить в стенку обсадной трубы.

Вышеупомянутые задачи, а также многие другие задачи, преимущества и признаки, которые очевидны из нижеследующего описания, реализованы в решении согласно данному изобретению посредством скважинного пробойника, предназначенного для введения в стенку обсадной трубы и содержащего:

- корпус, имеющий первый конец и второй конец, а также сквозное отверстие, формирующие внутреннюю поверхность корпуса и наружную поверхность корпуса,

в котором первый конец содержит по меньшей мере одну режущую кромку, по меньшей мере формирующую переднюю оконечность, или переднюю кромку, предназначенную для пробивания отверстия в обсадной трубе, при этом в сквозном отверстии расположен компонент.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, компонент может представлять собой клапан, датчик, передатчик, приемник, зонд или коммуникационное устройство, расположенное в сквозном отверстии.

Благодаря расположению клапана или датчика в сквозном отверстии пробойный инструмент можно вбивать в обсадную трубу без зазора так, что пробойный инструмент оказывается прикреплен к обсадной трубе и таким образом в обсадной трубе можно закрепить клапан или датчик.

Кроме того, корпус в поперечном сечении может иметь периметр, причем режущая кромка может быть расположена на периметре.

Кроме того, клапан может представлять собой клапан регулировки входного потока, газлифтный клапан, дроссельный клапан или клапан регулировки давления.

Датчик может представлять собой температурный датчик, датчик давления, датчик удельного сопротивления, электромагнитный датчик, акустический датчик, емкостный датчик или плотномер.

Помимо этого, компонент может представлять собой сейсмический приемопередатчик или заряд взрывчатого вещества.

Режущая кромка может представлять собой продолжение наружной поверхности.

Кроме того, режущая кромка может проходить от внутренней поверхности к наружной поверхности.

Указанная режущая кромка может иметь форму меандра.

Кроме того, корпус в поперечном сечении может иметь периметр, причем режущая кромка может проходить частично или полностью по периметру.

Данное изобретение относится также к скважинному клапану, предназначенному для введения в стенку обсадной трубы и содержащему:

- кожух, имеющий первый конец и второй конец, а также внутреннюю поверхность и наружную поверхность,

в котором первый конец кожуха содержит по меньшей мере одну режущую кромку, по меньшей мере формирующую переднюю оконечность, или переднюю кромку, предназначенную для пробивания отверстия в обсадной трубе.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, кожух в поперечном сечении может иметь периметр, причем режущая кромка может проходить по периметру.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, кожух может иметь входное отверстие на первом конце и выходное отверстие на втором конце.

Кроме того, кожух может содержать клапанное средство для ограничения потока от входного отверстия к выходному отверстию.

Клапан может иметь осевую протяженность и осевое направление от входного отверстия к выходному отверстию.

Кроме того, клапанное средство может содержать мембрану.

Помимо этого, клапанное средство может содержать пружину, действующую на поршень.

Указанная режущая кромка может представлять собой продолжение наружной поверхности.

Кроме того, режущая кромка может проходить от внутренней поверхности к наружной поверхности.

Помимо этого, режущая кромка может быть расположена под углом относительно радиальной протяженности от внутренней поверхности к наружной поверхности.

Помимо этого, режущая кромка может иметь форму меандра.

Кроме того, кожух в поперечном сечении может иметь периметр, причем режущая кромка может проходить частично или полностью по периметру.

Стенка кожуха может быть выполнена из металла, например из цементированного карбида, победита, твердого сплава или сплава «видиа».

Дополнительно, клапан может представлять собой клапан регулировки входного потока, газлифтный клапан, дроссельный клапан или клапан регулировки давления.

Также, наружная поверхность кожуха может быть снабжена резьбой.

Данное изобретение относится также к скважинному инструменту для введения скважинного клапана или устройства скважинного пробойника, описанных выше, в стенку обсадной трубы, содержащему:

- по меньшей мере один скважинный клапан,

- средство перемещения, предназначенное для перемещения клапана с тем, чтобы ввести его в стенку обсадной трубы.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, обсадная труба может иметь осевую протяженность, при этом инструмент может перемещать клапан так, что осевая протяженность клапана перпендикулярна осевой протяженности обсадной трубы.

Дополнительно, скважинный инструмент может содержать держатель, предназначенный для удерживания клапана.

Держатель может содержать контактную поверхность.

Более того, средство перемещения может содержать поршень, вбивающий клапан в обсадную трубу.

Кроме того, средство перемещения может ввинчивать клапан в обсадную трубу.

Дополнительно, средство перемещения может вращать клапан так, что он всверливается в обсадную трубу.

Скважинный инструмент может дополнительно содержать магазин, содержащий группу клапанов, предназначенных для введения в стенку обсадной трубы.

Помимо этого, скважинный инструмент может дополнительно содержать средство упора, предназначенное для управления средством перемещения так, чтобы ввести клапан в стенку обсадной трубы и выровнять поверхность второго конца кожуха относительно внутренней поверхности стенки обсадной трубы.

Данное изобретение относится также к скважинной системе, содержащей скважинный инструмент и приводной блок, например скважинный трактор, предназначенный для перемещения инструмента вперед в обсадной трубе.

Наконец, данное изобретение относится к способу введения скважинного элемента, например пробойника или скважинного клапана, описанных выше, в обсадную трубу скважины, содержащему следующие этапы:

- расположение элемента за пределами заданного положения в обсадной трубе,

- пробивание отверстия в обсадной трубе посредством режущей кромки элемента,

- оставление элемента в обсадной трубе.

Данный способ может дополнительно содержать этапы расположения второго элемента в заданном положении и проталкивания второго элемента в отверстие с заменой ранее установленного элемента.

Кроме того, второй элемент может иметь больший наружный диаметр, чем ранее установленный элемент.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых для иллюстрации показаны варианты осуществления изобретения, не ограничивающие объем его правовой охраны, и на которых:

на фиг.1 показан скважинный клапан,

на фиг.2 изображена другая реализация клапана,

на фиг.3 показан скважинный инструмент в обсадной трубе,

на фиг.4 изображен частичный разрез другой реализации скважинного инструмента,

на фиг.5 показан частичный разрез еще одной реализации скважинного инструмента,

на фиг.6 изображен частичный разрез еще одной реализации инструмента,

на фиг.7 показан скважинный пробойник,

на фиг.8 изображена другая реализация скважинного пробойника,

на фиг.9 показан скважинный инструмент в обсадной трубе.

Все чертежи выполнены схематически и не обязательно в масштабе. На чертежах изображены только те элементы, которые необходимы для разъяснения сути изобретения, тогда как другие элементы не показаны или показаны без объяснения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан скважинный клапан 1, предназначенный для введения в стенку 2 обсадной трубы 3 в скважине для впуска пластового флюида в обсадную трубу. Клапан 1 содержит кожух 4, имеющий первый конец 5 и второй конец 6. Кожух 4 имеет режущую кромку 9, расположенную на первом конце 5 кожуха. Кожух 4 содержит внутреннюю поверхность 7 и наружную поверхность 8, при этом, как показано на фиг.1, режущая кромка 9 представляет собой продолжение наружной поверхности 8, то есть наружная поверхность 8 оканчивается режущей кромкой на первом конце. Режущая кромка 9 имеет форму меандра в виде сбоку. Режущая кромка 9 имеет изгибы, направленные вверх и вниз, которые формируют по меньшей мере одну переднюю оконечность 32, причем в данном случае имеется три оконечности, благодаря которым клапан 1 может врезаться в стенку 2 обсадной трубы 3 при вбивании.

Кожух 4 имеет входное отверстие на первом конце 5 кожуха 4 и выходное отверстие на втором конце 6 кожуха 4. Внутри кожуха 4 клапан 1 содержит клапанное средство 10, выполняющее функции клапана и ограничивающее свободный поток от входного отверстия к выходному отверстию в осевом направлении клапана 1.

Клапанное средство 10 содержит диафрагму, дроссель, пружину, действующую на поршень, или подобное средство, обеспечивающее управляемое ограничение потока в осевом направлении клапана 1. Таким образом, клапан 1 может представлять собой клапан любого типа, например клапан регулировки входного потока, газлифтный клапан, дроссельный клапан или клапан регулировки давления.

Как показано на фиг.2, клапан 1 имеет две режущие кромки 9, 33, которые проходят от внутренней поверхности 7 к наружной поверхности 8, при этом между режущими кромками под наклоном расположена первая торцевая поверхность первого конца 5 кожуха 4, благодаря чему режущие кромки 9 формируют оконечность кожуха 4. Когда клапан вбивают в стенку 2 обсадной трубы, толкая его со стороны второй торцевой поверхности 38 второго конца 6 кожуха 4, режущие кромки 9 входят в стенку, врезаясь в нее. Каждая режущая кромка 9 проходит по радиусу от внутренней поверхности 7 к наружной поверхности 8. В другом варианте осуществления изобретения режущая кромка 9 расположена под углом относительно радиальной протяженности от внутренней поверхности 7 к наружной поверхности 8.

В поперечном сечении, как показано на фиг.1, кожух 4 имеет периметр, причем режущая кромка 9 проходит полностью по периметру. Как показано на фиг.2, режущая кромка 9 формирует лишь часть периметра.

Чтобы кожух, используемый как пробойник, мог врезаться в обсадную трубу 3, стенку кожуха выполняют из металла, например из цементированного карбида, победита, твердого сплава или сплава «видиа».

На фиг.7 показан скважинный пробойник 101, предназначенный для введения в стенку 2 обсадной трубы 3 в скважине для впуска пластового флюида в обсадную трубу или для определения характеристик формации и/или флюида. Скважинный пробойник 101 содержит корпус 104, имеющий сквозное отверстие, в котором расположен клапан 111 или датчик 112. Корпус имеет первый конец 105 и второй конец 106, причем первый конец корпуса 104 имеет режущую кромку 109. Корпус 104 содержит внутреннюю поверхность 107 и наружную поверхность 108, при этом, как показано на фиг.7, режущая кромка 109 представляет собой продолжение наружной поверхности 108, то есть наружная поверхность 108 оканчивается режущей кромкой на первом конце. Таким образом, первый конец имеет по меньшей мере одну переднюю оконечность 114, причем в данном случае имеется три передние оконечности 114, как показано на сриг.7, или имеет переднюю кромку 115, причем в данном случае имеется две передние кромки, как показано на фиг.8. Указанные передние оконечности/передние кромки направляют процесс пробивания и таким образом представляют собой часть пробойника, первой входящую в контакт с обсадной трубой при вбивании пробойника в обсадную трубу. Передние оконечности формируют часть режущей кромки 109. Режущая кромка 109 имеет форму меандра в виде сбоку. Режущая кромка 109 имеет изгибы, направленные вверх и вниз, и формирует три оконечности, благодаря которым пробойник 101 может врезаться в стенку 2 обсадной трубы 3 при вбивании в стенку обсадной трубы.

Корпус 104 имеет входное отверстие на первом конце 105 корпуса 104 и выходное отверстие на втором конце 106 корпуса 104. Внутри корпуса 4 скважинный пробойник 101 содержит клапан 111, ограничивающий свободный поток от входного отверстия до выходного отверстия в осевом направлении скважинного пробойника 101. В другом варианте осуществления изобретения корпус, показанный на фиг.7, содержит датчик.

Клапан содержит диафрагму, дроссель, пружину, действующую на поршень, или подобное средство, обеспечивающее контролируемое ограничение потока в осевом направлении клапана 1. Таким образом, клапан 1 может представлять собой клапан любого типа, например клапан регулировки входного потока, газлифтный клапан, дроссельный клапан или клапан регулировки давления.

Как показано на фиг.8, скважинный пробойник 101 имеет две режущие кромки 9, которые проходят от внутренней поверхности 107 к наружной поверхности 108, при этом между режущими кромками под наклоном расположена первая торцевая поверхность первого конца 105 корпуса 104, благодаря чему режущие кромки 109 формируют оконечность корпуса 104, которая представляет собой переднюю оконечность или фронтальную оконечность пробойника, первой входящую в контакт с обсадной трубой. Когда скважинный пробойник 101 вбивают в стенку 2 обсадной трубы, толкая скважинный пробойник 101 со стороны второй торцевой поверхности 38 второго конца 6 корпуса 104, режущие кромки 109 входят в стенку, врезаясь в нее. Каждая режущая кромка 109 проходит по радиусу от внутренней поверхности 107 к наружной поверхности 108

Согласно другому варианту осуществления изобретения, режущая кромка 109 расположена под углом относительно радиальной протяженности от внутренней поверхности 107 к наружной поверхности 108.

В поперечном сечении корпус 104 имеет периметр. Как показано на фиг.7, режущая кромка 109 проходит полностью по периметру. Как показано на фиг.8, режущая кромка 109 формирует лишь часть периметра.

Режущая кромка 9 может представлять собой часть коронки бура, приваренной или вмонтированной в первый конец 5 кожуха 4 или корпуса 104.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, наружная поверхность 8 кожуха 4 или корпуса 104 снабжена резьбой, и клапан 1 или пробойник 101 ввинчивают в стенку 2 обсадной трубы 3. При этом клапан 1 или пробойник 101 механически фиксируется в стенке обсадной трубы 3 и может выдерживать прямое давление, действующее на первый конец 5.

Клапан 1 или пробойник 101 вводят в обсадную трубу 3 посредством скважинного инструмента 100, содержащего средство 12 перемещения, предназначенное для перемещения клапана 1 или пробойника 101 так, чтобы ввести его в стенку 2 обсадной трубы 3, как показано на фиг.3 и 9, соответственно. Средство 12 перемещения обеспечивает перемещение перпендикулярно продольной протяженности инструмента 100 и осевой протяженности обсадной трубы 3.

Как показано на фиг.4, средство 12 перемещения содержит держатель 11, предназначенный для удерживания клапана 1 или пробойника 101. Средство 12 перемещения также содержит поршень 13, приводимый в движение силовым цилиндром 14, и перемещающий держатель 11, удерживающий клапан 1 или пробойник 101, через отверстие 15 в инструменте 100. Отверстие 15 перекрыто запорной планкой, выполненной, например, из стекла, которое ломается при вбивании клапана 1 или пробойника 101 в стенку 2 обсадной трубы посредством средства 12 перемещения.

Когда средство 12 перемещения перемещает клапан 1 или пробойник 101 по направлению к стенке 2 обсадной трубы 3, контактная поверхность держателя 11 упирается во внутреннюю поверхность 39 обсадной трубы 3, обеспечивая ограничение хода и определяя, когда работа средства 12 перемещения по вбиванию и/или вращению должна быть прекращена, чтобы поверхность второго конца 6 клапана 1 выровнялась относительно внутренней поверхности 7 обсадной трубы 3. Это необходимо для того, чтобы отследить, что край клапана 1 или пробойника 101 не выступает в обсадную трубу 3 и не уменьшает таким образом внутренний диаметр обсадной трубы 3.

Для перемещения клапана 1 или пробойника 101 с тем, чтобы ввести его в стенку обсадной трубы 2, средство 12 перемещения содержит поршень 13, который вбивает или толкает клапан 1 или пробойник 101 в обсадную трубу 3.

Как показано на фиг.5 и 9, инструмент 100 содержит два средства 12 перемещения, каждое из которых перемещает клапан 1 или пробойник 101 с тем, чтобы ввести его в стенку 2 обсадной трубы. Инструмент 100 содержит электрический двигатель 26, предназначенный для приведения в движение насоса 27, который обеспечивает гидравлической мощностью средство 12 перемещения, чтобы клапан 1 можно было ввести в стенку 2 обсадной трубы. Средство 12 перемещения можно также приводить в движение непосредственно двигателем 26 без использования гидравлики.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, инструмент 100 содержит магазин 20, который содержит группу клапанов или пробойников, готовых для введения в держатель 11, как показано на фиг.6. Когда один клапан или пробойник вставлен в нужном положении в обсадной трубе 3, инструмент 100 перемещают и в держатель 11 помещают второй клапан или второй пробойник из магазина 20, и после того, как инструмент занимает новое положение, второй клапан или второй пробойник уже готов к введению в стенку 2 обсадной трубы.

В процессе перемещения клапана 1 для его введения в стенку 2 обсадной трубы средство 12 перемещения может также ввинчивать клапан 1 в обсадную трубу 3.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, средство 12 перемещения вращает клапан 1 так, что он всверливается в обсадную трубу 3.

Держатель 11 выполняет функцию средства упора для управления средством 12 перемещения так, чтобы ввести клапан 1 или пробойник 101 в стенку 2 обсадной трубы 3 и выровнять вторую торцевую поверхность относительно внутренней поверхности 7 стенки 2 обсадной трубы 3. Инструмент 100 может также иметь специальное средство упора, если держатель 11 не выполнен таким образом, что упирается во внутреннюю поверхность обсадной трубы 3.

Скважинный пробойник или скважинный клапан можно заменить путем размещения второго скважинного пробойника или скважинного клапана в положении ранее установленного пробойника или клапана, который необходимо заменить, и проталкивания второго пробойника или клапана в отверстие с заменой ранее установленного элемента. Второй пробойник или клапан может иметь несколько больший наружный диаметр, чем ранее установленный пробойник или клапан, чтобы обеспечить прочное закрепление второго пробойника или клапана.

Для обеспечения прочного закрепления скважинного пробойника или скважинного клапана, его конструкция не должна допускать зазора, чтобы он крепился за счет трения. Не требуется, чтобы внутренний диаметр отверстия, пробитого в обсадной трубе, был таким же, как наружный диаметр пробойника или клапана, поскольку режущая кромка создает отверстие в обсадной трубе лишь для того, чтобы обеспечить контакт с флюидом, находящимся в кольцевом пространстве за обсадной трубой.

Для перемещения инструмента вперед в обсадной трубе 3 скважинный инструмент 100 может быть соединен с приводным блоком 22, например скважинным трактором. Скважинный инструмент 100 и приводной блок 22 вместе образуют скважинную систему. Приводной блок содержит четыре выдвижных и втягиваемых колесных рычага 31, каждый из которых соединен с колесом 30.

Под флюидом или скважинным флюидом понимается любой тип флюида, который может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газового состава, присутствующего в скважине, оборудованной или не закрепленной обсадными трубами; под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, например сырая нефть, нефтесодержащий флюид и так далее. Таким образом, газ, нефть и вода могут содержать другие элементы или вещества, отличные от газа, нефти и воды соответственно.

Под обсадной трубой понимается любой тип трубы, трубопровода, трубчатого элемента, обсадной колонны и так далее, используемый в скважине при добыче природного газа или нефти.

В случаях, когда инструмент не может быть полностью погружен в обсадную трубу 3, для проталкивания инструмента до конца в нужное положение в скважине можно использовать скважинный трактор. Скважинный трактор представляет собой любой тип приводного устройства, способного проталкивать или вытягивать инструменты в скважине, например Well Tractor®.

Хотя выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалисту в данной области техники очевидно, что существует ряд модификаций, не выходящих за пределы правовой охраны изобретения, определяемые нижеследующими пунктами формулы.

Реферат

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к скважинному пробойнику или клапану, предназначенному для введения в стенку обсадной трубы. Скважинный клапан содержит кожух, имеющий первый конец и второй конец, а также внутреннюю поверхность и наружную поверхность. Наружная поверхность кожуха выполнена с возможностью закрепления за счет трения в стенке обсадной трубы. Первый конец кожуха содержит по меньшей мере одну режущую кромку, формирующую переднюю оконечность или переднюю кромку, предназначенную для пробивания отверстия в обсадной трубе. Повышается эффективность управления поступлением нефтяного флюида в обсадную колонну. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула